Darwin kan de dokter helpen

Een evolutionair perspectief kan zorgen voor nieuwe ideeën in de klinische microbiologie. Dit kan bijvoorbeeld aantonen waarom bepaalde doseringsschema’s van antibiotica de ontwikkeling van resistentie voorkomen. Ook door naar gemeenschappen van micro-organismen te kijken in plaats van naar één ziekteverwekker kunnen nieuwe inzichten ontstaan. Daarom moeten artsen, bio-informatici en evolutiebiologen samenwerken, zegt een groep wetenschappers onder aanvoering van RUG microbioloog Marjon de Vos in een kort overzichtsartikel dat op 30 april is gepubliceerd in The Lancet Infectious Diseases.

Microbioloog De Vos bestudeert al een tijd urineweginfecties. Daarbij ontdekte ze hoe nuttig het was samen te werken met andere specialisten, zoals klinisch microbiologen, onderzoekers in evolutie en ecologie en bio-informatici. ‘Ik zag bijvoorbeeld dat bacteriën die bij de infectie een rol spelen met elkaar communiceren en samen een stabiel ecosysteem vormen. Dat beïnvloedt hun vatbaarheid voor antibiotica.’ Dit alles bracht haar ertoe een interdisciplinaire workshop te organiseren die in 2017 plaatsvond, en waar het overzichtsartikel dat nu is gepubliceerd in The Lancet Infectious Diseases uit is ontstaan.

‘De hoofdvraag van de workshop en het artikel is hoe we kennis uit de evolutietheorie en bio-informatica kunnen gebruiken om klinische problemen op te lossen’, zegt De Vos. Bio-informatica is nodig om de enorme hoeveelheid genetische informatie die is verzameld over infectieziekten te verwerken. De evolutietheorie kan de patronen van aanpassing door micro-organismen verklaren en voorspellen hoe een behandeling uitpakt voor het ecosysteem waarin de ziekteverwekkers leven.

Chronische infecties
De Vos: ‘Een voorbeeld dat we in het artikel bespreken is de invoering van een cyclische antibioticabehandeling voor patiënten met taaislijmziekte.’ Die patiënten hebben vaak chronische longinfecties, waarvoor ze antibiotica krijgen. Om de ontwikkeling van resistentie tegen te gaan worden ze afwisselend behandeld met twee verschillende geneesmiddelen. Het idee is dat ziekteverwekkers die resistent zijn tegen het ene middel gedood worden door het andere. ‘Dit werkt in principe goed, maar het risico is dat deze behandeling zorgt voor resistentie tegen beide geneesmiddelen. Het is daarom belangrijk om eerst in het laboratorium uit te zoeken wat het optimale behandelingsschema is.’

Analyse van het DNA van ziekteverwekkers heeft heel veel nieuwe informatie opgeleverd over de genetische achtergrond van antibioticaresistentie. ‘Maar we weten nog steeds niet precies hoe veranderingen in genen leiden tot bepaalde eigenschappen in deze ziekteverwekkers. We hebben evolutiebiologen nodig om te begrijpen wat het verband is tussen de genen, de DNA volgorde en eigenschappen zoals de mate van resistentie tegen een antibioticum.’

Weer een ander voorbeeld is de verspreiding van resistentie-genen. Die bevinden zich vaak op plasmiden, ronde stukjes DNA die bacteriën eenvoudig met elkaar kunnen uitwisselen. De Vos: ‘In dit geval is het goed te weten dat bacteriën die een nieuw plasmide oppikken zich hieraan moeten aanpassen. Een plasmide waaraan de cel nog niet is aangepast kan de groeisnelheid flink vertragen.’ De resistentie kan dan zorgen voor een veel tragere groei van de ziekteverwekker, wat betekent dat het resistentie-gen niet veel effect heeft vanuit klinisch perspectief. Een ecologische en evolutionaire aanpak kan juist gebruikmaken van dit soort interacties om de verspreiding van resistentie tegen te gaan. De vraag bij het in de gaten houden van resistentie tegen antibiotica moet volgens De Vos dan ook niet alleen zijn wáár dat plaatsvindt, maar ook hóe resistentie in ecologische gemeenschappen van micro-organisme kan ontstaan. ‘Wat zorgt ervoor dat deze resistentie-genen worden geselecteerd en verspreid? We hebben een veel breder perspectief nodig op deze processen.’

Evolutie
Samenwerking tussen verschillende specialismen vraagt iets van alle partijen. ‘We hebben elkaar echt nodig, omdat we allemaal kijken naar verschillende aspecten van infecties. Alleen door met elkaar over al die aspecten te praten kunnen we zien hoe de evolutietheorie belangrijk kan zijn voor de kliniek.’ De Vos geeft een laatste voorbeeld van wat dit kan opleveren: ‘Sandra Breum Andersen, de hoofdauteur van het artikel, ontdekte dat de bacterie die chronische longontsteking veroorzaakt bij taaislijmziekte was geëvolueerd op een manier die leek op aanpassing aan de gastheer.’ Maar experimenten in het laboratorium lieten zien dat het geen aanpassing was aan de gastheer, maar dat de bacteriën op elkaar reageren door elkaars voedingsstoffen te stelen. ‘Dus in plaats van je te richten op de aanpassing van de ziekteverwekker en de gastheer blijkt het voor de bestrijding veel effectiever te zijn om het sociale leven van de bacteriën te bestuderen. Dat kan nieuwe behandelmethoden opleveren.’

Referentie
Sandra B Andersen, B Jesse Shapiro, Christina Vandenbroucke-Grauls, Marjon G J de Vos: Microbial evolutionary medicine: from theory to clinical practice. The Lancet Infectious Diseases, online 30 April 2019